Способ определения температуры Советский патент 1988 года по МПК G01K7/16 

со

(Э5

Jib со

11

Изобретение относится к технике измерения температуры различных сред с помощью полупроводниковых термо резисторов и может быть использовано для повышения точности и эксплуатационных качеств полупроводниковых резистивных термометров.

Цель изобретения - повьшение точности определения температуры полу- проводниковыми терморезисторами в условиях длительной эксплуатации без дополнительных промежуточных калибровок.

На чертеже представлена структур- ная схема устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство содержит управляемый источник 1 тока, к которому подключены последовательно соединенные полу- проводниковый терморезистор (ПТР) 2 и низкоомный калиброванный резистор 3 с сопротивлемием R, преобразователь 4 сопротивления в напряжение и преобразователь 5 тока в на- пряжение, мультиплексор 6, аналого- цифровой преобразователь (АЩТ) 7, цифроаналогоБЫЙ преобразователь (ЦАП 8, микро-ЭВМ 9 с цифровым индикатором 10.

Способ осуществляется следующим образом.

ПТР 2 помещают в контролируе гую среду с температурой 0 и измеряют его сопротивление

R Ае

в

где А - коэффициент, имеющий размерность сопротивления; В - коэфф1п;иент, имеющий размер- ность тег-тературы и определяющий 1увствительность ПТР. Сопротивление R, ПТР 2 преобразуется преобразователем 4 в напряжение которое мультиплексором 6 подается на вход АЦП 7. Цифровой код, соответствующий сопротивлению терморезистора R, при контролируемой температуре 6, поступает в микро-ЭВМ 9, где запоминается. Пропускают че- рез НТР ток, который нагревает рабочее тело ПТР. В результате дополнительного нагрева ПТР его сопротивление уменьшается в соответствии с его температурной характеристикой. Температуру дополнительного нагрева повышают увеличением тока до значения, при котором первоначальное сопротивление ПТР R, уменьшается на

12

5-10%. Сопротивление дополнительно Hai peToro ПТР

R.

(2)

где дб, - температура дополнительного нагрева.

Температуру дополнительного нагрева -18, контролируют сравнением полученного сопротивления В с первоначальным сопротивлением R, из условия :

0,05 R,R,-R,j.O,l R. . (3)

Измеряют ток нагрева I,, соответствующий сойротивлению ПТР R, и определяют рассеиваемую на нем злек- трическуто мощность

Р,1,.(4)

Ток подогрева I ,, протекающий через низкоомный калиброванный резистор 3, преобразуется преобразователем 5 в напряжение, которое через мультиплексор 6 поступает в АЦП 7, где кодируется и после этого запоминается в микро-ЭВМ 9. Определяют температуру дополнительного нагрева из уравнения теплового баланса подогретого ПТР

р; iiRt

CS

CS

(5)

г

.J

5 Q

5

где S - поверхность охлаждения ПТР; С - коэффициент рассеяния, учитывающий все виды распростра- нения тепла от рабочего те-, ла ПТР (конвекция, теплопроводность и тепловое излуче ние).

Нагрев терморезистора осуществляется по командам с микро-ЭВМ 9. На выходе ЦАП 8 вырабатывается ступенчатое управляющее напряжение, которое изменяет ток нагрева терморезистора источником 1,

Для электрической развязки изме- .рителъного тока преобразователя 4, протекающего через ПТР 2, с током нагрева от источника 1 последний делают переменным с синусоидальной или прямоугольной формой кривой. Программой микро-ЭВМ предусмотрено сравнение каждого нового значения сопротивления ПТР с предыдущим и определение относительного приращения на каждую ступень нагрева. Количест- 1

во ступеней в нагревающем токе определяется достижением условия (3).

Постепенно увеличивают температуру нагрева ПТР ступенчатыми измене- ниями тока нагрева 11, фиксируя при каждом увеличении тока уменьшение сопротивления ПТР, При этом приращение тока jl выбирают равными первоначальному значению тока подогрева . В результате нагрева ПТР происходит уменьшение его сопротивления, причем с каждым приращением тока 1 уменьшается приращение сопротивления лК из-за падающего характе- ра температурной зависимости сопротивления ПТР.

Процесс увеличения тока нагрева прекращают, если уменьшение сопротивления ПТР становится меньше 0,5-1% по сравнению с предыдущим состоянием. Установившийся ток нагрева 1 , где п - число приращений тока, обуславливает более высокую температуру нагрева ПТР , соответствующую области низкой чувствительности ПТР к изменениям температуры.

Достижение слабой зависимости сопротивления ПТР от приращения тока нагрева означает выход на пологий участок температурной характеристики ПТР (), где экспоненциальный член уравнения (1 ) имеет следуюш {й вид:

gB/()l

В этом режиме сопротивление ПТР приближается к своему минимальному значению

,(7)

которое измеряют с допустимой погрешностью.

При этом мощность, рассеиваемая на ПТР с учетом максимальной измеряемой температуры, не должна превышать предельно допустимого значения для используемого типа терморезистора.

По результатам измерения трех значений сопротивления терморезистора R,, R,j, R 5 току нагрева вычисляется с помощью микропроцессора ЭВМ температура контролируемой среды 6, которая индицируется в цифовой фор- ме на индикаторе 10;

9 r iB llil}52l l5l

InR-lnR

CS

3649

ю152025 зо

35

40

45

50

11

Значения величин S и С хранятся в памяти микро-ЭВМ в качестве констант.При этом возможен учет зависимости коэффи1шента рассеяния от тепло- физических свойств контролируемой среды и ее температуры заданием коэффициента рассеяния массивом экспериментальных данных, хранящихся в постоянном запоминающем устройстве ЭВМ. Из (8) следует, что результат вычисления температуры не зависит от коэффициентов терморезнстора А и В, а определяется только измеряемыми сопротивлениями Н, R . и Е , током нагрева ,, поверхностью охлаждения Б и коэффициентом рассеяния С ПТР.

Выбор первоначального нагрева ПТР из условия (З) и прекращение дальнейшего его нагрева исходя из достижения монотонного уменьшения сопротивления ПТР в пределах, меньших 0,5- 1%, сделан из следующих соображений. Для малоинерционных бусинковых ПТР, например типа СТ1-18, СТ1-19, СТЗ-25 и т.п., температурный коэффициент сопротивления, характеризующий чувствительность ПТР, изменяется от 3-8%/К до 0,6-0,9%/К при б 500-600°С, т.е. снижается примерно в 10 раз.

Первоначальный нагрев из условия (3) обеспечивает корректность применения формулы (5), которая справедлива для малых перепадов между нагретым телом и окружающей средой. В то же время такой перегрев значительно превьшает уровень тепловых флуктуации ПТР и контролируемой среды. Поэтому десятикратное уменьшение чувствительности ПТР в процессе постепенного нагрева ПТР свидетельствует о достижении пологого участка его температурной характеристики.

Таким образом, повышение точности определения температуры терморе- зистивным термометром достигнуто за счет исключения влияния нестабильности коэффициентов терморезисторов; определяющих его температурную характеристику и чувствительность, а также непостоянстэа напряжения питания и чувст вительности преобразователя сопротивления терморезистора в электрическое напряжение, измеряемое выходным прибором терморезистив- ного термометра.

Изобретение м.б. использовано для повышения точности и эксплуатационных качеств полупроводниковых резистивных термометров. Цель изобретения - повышение точности определения температуры в условиях длительной эксплуатации. Через полупроводниковый терморезистор (ПТР) пропускают ток, который производит его нагрев. Температуру дополнительного нагрева контролируют сравнением полученного сопротивления с первоначальным сопротивлением. Измеряют ток нагрева, соответствуюруш сопротивлению ПТР, и определяют рассеиваемую на нем электрическую мощность. Определяют температуру нагрева из уравнения теплового баланса подогретого ПТР. Постепенно увеличивают температуру нагрева ступенчатыми изменениями тока нагрева. Процесс увеличения тока нагрева прекращают, если уменьшение сопротивления ПТР становится меньше (О, по сравнению с предьщущим состоянием. По результатам измерения трех значений сопротивлений ПТР и по току нагрева вычисляется с помощью ЭВМ температура контролируемой среды. 1 нп. с сл