Устройство для измерения нестационарной температуры Советский патент 1991 года по МПК G01K13/00 

Изобретение относится к термометрии, а именно к устройствам для измерения нестационарной температуры различных сред.

Цель изобретения - повышение эффективности путем обеспечения возможности измерения температуры при отсутствии конвекции в среде.

На фиг.1 представлена конструкция в виде зонда; на фиг.2 - поперечное сечение А - А на фиг. 1; на фиг.З - блок-схема устройства; на фиг.4 - график результатов измере- ния при скачкообразном изменении температуры среды во времени.

Устройство для измерения нестационарной температуры преде а:-ляет собой зонд (см.фиг.1) и содержит термопреобразователь 1 (например, термопреобразователь сопротивления) в чехле, размещенный между первым теплопередающим элементом 2 с нагревателем 3 и вторым теплопередающим элементом 4. Между чехлом термопре- образователя 1 и элементами 2 и 4 установлены датчики 5 и 6 теплового потока с помощью вяжущего заполнителя 7. Сборка элементов 1-7 смонтирована на термоэлектрическом тепловом насосе 8, который второй своей стороной находится в тепловом контакте с теплоотводящим теплоемf го

Ю

Јь

ким телом 9 (например, из меди), связанным с державкой зонда (не показано). Нагреватель 3 (манганин или константан) и терм.о- преобразователь1включены

последовательно в цепь стабилизатора 10 тока (см.фиг.3). Термопреобразователь 1 включен в цепь измерительного усилителя 11, выход которого подан на вход управляемого индикатора 12. Датчики 5 и б теплового тока включены встречно в цепи усилителя 13, выход которого подан на вход двухпо- лярного компаратора 14 с ±U0n, выходы которого поданы на управляющие входы блока 15 ключей, связывающего блок 16 питания с электродами термоэлектрического теплового насоса 8. Выходы двухполярного компаратора поданы на входы логической схемы ИЛИ-НЕ 17, выход которой подан на второй вход управляемого индикатора 12.

Устройство работает следующим образом.

Через термопреобразователь 1 и нагреватель 3 пропускается ток от стабилизатора 10. Так как электрическое сопротивление нагревателя 3 значительно больше электрического сопротивления термопреобраэова- теля 1, элемент 2 нагревается током до температуры ti, превышающей температуру термопреобразователя ta, а последняя выше температуры i элемента 4. Подогревом первого теплопередающего элемента 2 обеспечивают различие теплообмена элементов 2 и 4 со средой q i и qa. При этом выполняется неравенство ti хз t2. Соот- ветствую.щую направленность имеют и тепловые потоки между первым элементом 2 и термопреобразователем 1 qi и между последним и вторым элементом 4 qz.

Падение напряжения на термопреобразователе 1, пропорциональное его температуре, через измерительный усилитель 11 поступает на индикатор 12. Включенные навстречу друг другу датчики 5 и 6 теплового потока, генерируют разностный сигнал, пропорциональный разности тепловых потоков qi - q2. В случае, когда температура термопреобразователя 1 1з не равна температуре среды to, 0/1 q a и разностный сигнал датчиков 5 и 6 теплового потока отрицательный или положительный поступает через усилитель 13 на двухполярный компаратор 14, где сравнивается сонорным напряжением +Uon и -Don. В случае превышения отрицательным выходным сигналом опорного напряжения -Uon или положительным выходным сигналом опорного напря- жения +Uon, компаратор 14, воздействуя на блок ключей 15, обеспечивает подачу на термоэлектроды теплового насоса 8 от блока 16

питания электрического тока соответствующей полярности. Выход логической схемы ИЛИ-НЕ 17 заперт. Под воздействием тока термоэлектрический тепловой насос 8 рбеспечивает отвод теплоты от элементов 2 и 4 и термопреобразователя 1 к теплоотводя- щему телу 9 или подвод к ним теплоты от теплоотводящего тела 9. Температура тер- мопреобразоватбля 1 и элементов 2 и 4 измеряется, повышаясь или понижаясь. Температура ц первого элемента 2 становится выше температуры среды t0, а температура t2 второго элемента 4 становится ниже температуры среды. При этом разность q i т 0,2. а разностный сигнал датчиков теплового потока уменьшается по абсолютной величине ввиду того, что выравниваются тепловые потоки(д1 q2) через датчики 5 и 6.

При снижении разностного сигнала от датчиков теплового потока 5и 6. усиленного в усилителе 13, до уровня -Don и +U0n. компаратор 14 отключает блок 16 питания от термоэлектрического теплового насоса 8, а

логическая схема ИЛИ-НЕ 17 обеспечивает индикацию в индикаторе 12 падения напряжения на термопреобразователе 1 при стабилизированном токе от стабилизатора 10 тока. Это падение напряжения пропорционально температуре термопреобразователя 1 1з, которую и принимают за искомую температуру среды t0.

Таким образом, при равенстве термических сопротивлений между первым элементом 2 и термопреобразователем 1 и между последним и вторым элементом 4 t3 to в пределах точности поддержания равенства тепловых потоков qi и q2.

Предлагаемое устройство может быть

реализовано как с параметрическими (например, термопреобразователь сопротивления), так и с генераторными (термоэлектрический преобразователь) термопреобразователями, что расширяет об5 ласть применения. Использование данного устройства позволяет снизить динамическую погрешность измерения при скачкообразно изменяющейся температуре любой среды: жидкой, газообразной или среды сы0 пучих материалов.

Формула изобретения Устройство для измерения нестационарной температуры, содержащее по край- 5 ней мере один термопреобразователь, контактирующий с датчиком теплового потока, включенным встречно второму датчику теплового потока, размещенные с образованием тепловой связи с термоэлектрическим тепловым насосом, соединенным с теплоотводящим телом, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности путем обеспечения возможности измерения температуры при отсутствии конвекции, в него введены два теплопере- дающих элемента с установленным в одном из них электрическим нагревателем, при

этом второй датчик теплового потока размещен в контакте с термопреобразователем со стороны, противоположной первому датчику, а каждый из теплопередающих элементов, контактирующих с поверхностью термоэлектрического теплового насоса, закреплен на соответствующем датчике теплового потока.

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить эффективность путем обеспечения возможности измерения температуры при отсутствии конвекции в среде. Устройство, представляющее собой зонд, содержит два теплопередающих элемента 2 и 4, закрепленных на датчиках 5 и 6 теплового потока (ДТП), контактирующих с термопреобразователем (ТП) 1. ДТП 5 и 6 включены встречно и размещены с образованием тепловой связи с термоэлектрическим тепловым насосом 8. При измерении элемент 2 нагревается с помощью установленного в нем нагревателя до температуры T₁, превышающей температуру T₃ ТП 1, которая в свою очередь выше температуры T₂ элемента 4. ДТП 5 и 6 генерируют сигнал, пропорциональный разности тепловых потоков между ТП 1 и элементами 2 и 4. В зависимости от полярности сигнала ДТП с помощью теплового насоса 8 обеспечивается подвод или отвод тепла к элементам 2 и 4 и ТП 1. При этом разностный сигнал ДТП 5 и 6 уменьшается до достижения заданного значения. Индикаторный прибор регистрирует температуру ТП 1, которая соответствует температуре среды. 4 ил.

/

А Фиг.1

А-А

7

Фиг. 2

Фиг.Ц