Датчик температуры Советский патент 1991 года по МПК G01K5/62 

Фиг. 1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении, например, температуры воздуха.

Целью изобретения являются упрощение конструкции, повышение точности и увеличение пространственного разрешения датчика.

На фиг.1 приведена конструкция датчика температуры; на фиг.2 - структурная схема устройства для измерения температуры,

Датчик содержит корпус 1 с внешней 2 и внутренними 3 и 4 резьбами, интегральный тензопреобразователь 5 с электрическими выводами 6, биметаллическую пластину 7, 8, кольцо 9 с пазом 10 под специальным ключом, токосъемник 11 с контактными площадками 12, втулку 13, кабель 14 с проводниками 15.

Устройство для измерения температуры содержит (фиг.2) интегральный тензопреобразователь 5 с тензорезисторами 16-19, блок 20 измерения в составе источника 21 постоянного тока и нормирующего усилителя 22 постоянного тока, аналого- цифровой преобразователь 23, блок 24 управления и цифровой индикатор 25.

Корпус 1 выполнен (фиг.1) в виде полой цилиндрической втулки с внешней резьбой 2 из диэлектрического теплоизоляционного материала, например пластмассы. В верхней части корпуса 1 изготовлено углубление с внутренней резьбой 3 для установки интегрального преобразователя 5, биметаллической пластины 7, 8 и кольца 9. Корпус 1 имеет два центральных сопряженных отверстия с разными диаметрами для установки токосьемника 11, электрических выводов 6 интегрального преобразователя 5, втулки 13 и электрического кабеля 14 с электрическими проводниками 15. В нижней части корпуса 1 изготовлена резьба 4 для установки втулки 13; На внешней нижней поверхности корпуса 1 большего диаметра может быть изготовлена накатка, предназначенная для удобства установки датчика температуры на объекте.

Рассмотрим связи между элементами в устройстве для измерения температуры.

В одной из диагоналей тензорезистив- ного моста 16-19 интегрального тенэопре- образователя подключен источник 21 постоянного тока. Измерительная диагональ тензорезистивного моста 16-19 соединена с входами нормирующего усилителя 22 постоянного тока, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя 23, установленный вход которого соединен с выходом блока управления, а выход подключен к входу цифрового индикатора 25. Элементы измерительного блока устройства могут быть выполнены на базе известных технических средств. Так, например, усилитель 23 может быть реализован на базе микросхем К140УД5.6 13. Блок 24 управления может быть выполнен на базе формирователя периодических импульсов или таймеров. Например, он может быть выполнен на базе

микросхемы таймера КР 1006 ВИ1, выполняющего функцию формирователя периодических импульсов с заданными (программным путем) длительностью и последовательностью.

Датчик работает следующим образом.

С изменением температуры происходит деформация (отгибание) биметаллической пластины 7, 8 в ту или ин«ю сторону, в результате чего изменяется давление в промежутке (окне) между пластиной 8 и интегральным преобразователем 5. Изменение давления приводит к деформации мембраны интегрального преобразователя 5, на которой сформирован тензорезистивный мост 16-19. В результате этого в измерительной диагонали тензорезистивного моста 16-19 возникает сигнал рассогласования, который усиливается и нормируется (в соответствии с принятой шкалой измерения температуры) усилителем 22 постоянного тока, т.е. при температуре датчика, например, равной 0°С, на выходе усилителя устанавливается нулевой сигнал. Это достигается изменением напряжения смещения в усилителе. При необходимости уси- литель 22 может выполнять функцию линеаризации градуировочной характеристики. Нормирование выходного сигнала усилителя 22 может осуществляться изменением коэффициента передачи усилителя. Напряжение с выхода усилителя 22 преобразуется в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя 23 и информация о температуре отображается

на цифровом индикаторе 25. Блок 24 управления периодически приводит в исходное состояние аналого-цифровой преобразователь 23 и обеспечивает необходимое время индикации результатов измерения.

Все элементы устройства могут быть изготовлены методами интегральной технологии, в том числе и биметаллический чувствительный элемент. В результате этого создаются предпосылки для создания миниатюрного средства измерения температуры с высокими эксплуатационными характеристиками. Кроме того, при этом уменьшается тепловая инерция датчика, повышается чувствительность при измерении

температуры. Габаритные размеры практически реализованных профилированных интегральных преобразователей с квадратной мембраной составляют 2x2 мм при толщине мембраны 10-100 мкм

Кроме того, такие датчики могут быть использованы для измерения давления, при этом биметаллический чувствительный элемент будет выполнять функцию термокомпенсатора, т е осуществлять автоматическую коррекцию дополнительной погрешности при измерении давления (при этом измеряемое давление подводится внутрь корпуса). Интегральный преобразователь обладает высокой чувствительностью - Па, что дает предпосылки для повышения разрешающей способности измерения температуры, Выполнение деталей корпуса датчика из теплоизоляционных материалов снизит дополнительную погрешность при измерении температуры за счет теплоотвода. Поверхность биметаллического чувствительного элемента может быть изготовлена с хорошими отражающими свойствами, что, в свою очередь, уменьшит влияние солнечной радиации на процесс измерения температуры Устройство может найти применение при измерении

температуры и выдаче сигнала аварийной ситуации на объектах, где к измерительным приборам предъявляются прежде всего требования обеспечения минимальных габаритов и веса, а также повышенной надежности.

Формула изобретения Датчик температуры, содержащий корпус с размещенными в нем термочувствительным элементом и мембранным тензопреобразователем, отличающий- с я тем. что, с целью упрощения конструкции увеличения точности и повышения пространственного разрешения, мембранный тензопреобразователь выполнен интегральным с профилированным упругим элементом и герметически сочленен по периметру своего опорного основания со стороны ребер жесткости мембраны с термочувствительным элементом, выполненным в виде биметаллической пластины, причем полость между мембранным интегральным тензопреобразователем и термочувствительной биметаллической пластиной заполнена жидкой или газообразной средой.

Изобретение относится к технике измерения температуры и позволяет упростить конструкцию, увеличить точность и повысить пространственное разрешение. Интегральный мембранный тензопреобразователь 5 с профилированным упругим элементом герметически сочленен по периметру осевого опорного основания со стороны ребер жесткости мембраны с биметаллической пластиной 7, 8. Полость между мемб- ранным тензопреобразователем 5 и биметаллической пластиной 7,8, заполнена жидкой или газообразной средой. При изменении темпеоатуоы пооисходит деформация биметаллической пластины 7. 8, приводящая к изменению давления жидкой или газообразной среды в полости, которое вызывает возникновение электрического сигнала в измерительной диагонали тенэо- резистивного моста мембранного тензопре- образователя 5. 2 ил.

25

ри.г Ј