Устройство для измерения температуры металлических объектов в вакууме Советский патент 1989 года по МПК G01K13/06 

И

сд

1чЭ

о ел

О5

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения темпера-, туры движущихся длинномерных металлических объектов в металлообрабаты- пающей, электронной, приборостроительной отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - пример конструкции измерительного электрода Устройство включает четырехплечий измерительный мост, содержащий две параллельные ветви, одна из которых образована последовательно включенными резистором 1, измерительным электродом 2 (фиг„2) и контактирующим устройством 3, вторая - последователь но включенными резистором 4, дополнительным измерительным электродом 5 и образцовым элементом 6. Объектом измерения 7 является движущаяся проволока. Образцовый элемент 5 выполнен из такой же проволоки. Измерительные электроды 2 и 5 выполнены в виде полых цилиндров. К общим точкам ветвей моста А и В подключен источник постоянного напряжения 8, обеспечиваюпщй постоянное напряжение, причем к точке А подключен отрицательный полюс ис источника, а к точке В - положительный. В измерительную диагональ моста СД включен усилитель постоянного тока 9. Выход усилителя соединен со входом управляемого источника тока 10, вход которого соединен с концами образцового элемента 6. С образцовым элементом механически соединен спай термопары 11, подключенной ко входу измерителя термоУДС 12.

Образцовый элемент 6, объект измерения 7, измерительные электроды 2 и 5 и термопара 11 размещены в вакуум ной камере 13.

Устройство работает следующим образом.

Объект измерения 7 подключается посредством контактного устройства 3 к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения 8. Объект измерения 7 нагревается, возрастает плотность тока термоэлектронной эмиссии, что вызывает разбаланс моста. Сигнал разбаланса моста, усиленный усилителем 9, подается на вход управляемого источника тока 10, который увеличивает ток, проходящий через об

разцовый элемент 6„ При этом повы-. шается температура образцового элемента 6 и соответственно увеличивается плотность тока термоэлектронной эмиссии до тех пор, пока плотности токов термоэлектронной эмиссии обоих элементов и соответственно их температуры не сравняются.

Равенство токов эмиссии двух различных металлических объектов с одинаковыми физико-механическими свойствами и равенство их температур следует из уравнения Ричардсона-Дешмана:

II -А/Кт DCT е . .

о 5

0

5

0

0

5

где

JH D

СКАеплотность тока насьш1ения{ средняя прозрачность потенциального барьера на границе металл-вакуум для электронных волн; эмиссионная постоянная; постоянная Больцмана; работа выхода электрона из металла;

основание натурального логарифма „

Когда мост будет уравновешен, т.е токи эмиссии объекта измерения 7 и образцового элемента 6 равны между собой, напряжение между точками С и Д равно нулю и управляемый источник тока 9 поддерживает температуру образцового элемента 6, равную температуре объекта измерения 7. Измеритель температуры образцового элемента 12 регистрирует температуру образцового элемента 6, равную температуре объекта измерения 7 о Если температура объекта измерения 7 изменилась, например, уменьвшлась, уменьшается и ток эмиссии в цепи. На входе усилителя постоянного тока 9 .появляется сигнал рассогласования, которьо усиливается и поступает на вход управляемого источника тока 9. Электрическая мощность на выходе управляемого источника тока уменьшается и соответственно уменьшается температура образцового элемента 6. Аналогичным образом устройство работает при уве;1ичении температуры объекта измерения.

Выполнение неподвижного образцового элемента в виде металлического объекта, эквивалентного по физико-химическим свойствам форме и размерам сечения измеряемому металлическому объекту, и выполнение дополнительного измерительного электрода идентичным

по конструкции и материалу измерительному электроду позволяет свести к минимуму разность температур подвижного и неподвижного объектов при равенстве их токов термоэлектронной эмиссии.

Вследствие того, что все элементы измерительной схемы расположены в одной вакуумной камере, неподвижный образцовый элемент и подвижный элемент выполнены из одного и того же материала, измерительные электроды выполнены идентичными, на результаты измерения не оказывает влияния степень вакуума, а также материал и геометрические размеры движущегося длинномерного металлического объекта

Введение дополнительного измери- тельного электрода и образцового неподвижного элемента позволяет сравнивать токи термоэлектронной эмиссии образцового элемента и движущегося длинномерного металлическог-о объекта, что в свою очередь позволяет при равенстве токов термоэлектронной эмиссии образцового элемента и движущегося длинномерного металлического объекта определять температуру движуще- гося объекта по температуре неподвижного образцового элемента обычным высокоточным способом с помощью термопары и таким образом повысить точность измерения температуры.

Применение предлагаемого устройства также уменьшает трудоемкость процесса измерения, появляется возможность автоматизации процесса измере- НИИ и стабилизации температуры нагрева за счет использования сигнала разбаланса измерительного моста для уп

равления напряжением питания нагревателя.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры металлических объектов в вакууме, содержащее размещенные в вакуумной камере измерительный электрод, источник постоянного напряжения и контак-- тирующее устройство, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено образцовым элементом, дополнительным измерительным электродом, усилителем постоянного тока, управляемым источником тока, термопарой, измерителем термоЭДС и двумя резисторами, при этом последовательно соединенные резисторы, образцовый элемент, дополнительный измерительный электрод, контактирующее устройство и измерительный электрод соединены по мостовой схеме, в одну из диагоналей которой включен источник постоянного напряжения, в другую - усилитель постоянного тока, выход которого соединен с входом управляемого источника тока, образцовый элемент подключен к выходу управляемого источника тока, а термопара механически соединена с образцовым элементом и подключена к измерителю тер- моЭДС, причем образцовый элемент выполнен в виде металлического объекта, эквивалентного по физико-механическим свойствам, форме и размерам сечения измеряемому металлическому объекту, а дополнительный измерительный электрод выполнен идентичным по конструкции и материалам измерительному электроду„

7 .LZ

м

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Введение дополнительного измерительного электрода 5 и образцового элемента 6 позволяет сравнивать токи термоэлектронной эмиссии образцового элемента 6 и движущегося длинномерного металлического объекта (ДО) 7, что позволяет при равенстве токов термоэлектронной эмиссии образцового элемента 6 и ДО 7 определить температуру ДО 7 по температуре образцового элемента 6 с помощью термопары и тем самым повысить точность измерения. 2 ил.

Фие,2