Устройство для бесконтактного измерения температуры движущихся тел Советский патент 1991 года по МПК G01J5/20 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к бесконтактному измерению температуры движущихся тел (например, вращающихся барабанов, валов и др.), и может быть использовано в текстильной, строительной, химической и других отраслях промышленности,

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры за счет устранения искажений, вносимых конвективным теплообменом с промежуточной средой.На фиг. 1 изображено тело сравнения, размещенное напротив объекта; на фиг. 2 - блок-схема устройства; на фиг. 3 - термоэлектрический модуль; на фиг. 4 - разрез

А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 3.

Устройство содержит терморегулируемое тело сравнения, выполненное из высокотеплопроводного материала в форме пластины 1 (фиг. 1). В пластине вмонтированы электрический нагреватель 2 и термочувствительный элемент датчика 3 температуры. В контакте с телом сравнения размещен термоэлектрический модуль 4 заподлицо с обращенной к термометрируемому объекту 5 полированной поверхностью пластины 1. Потенциальные выходы модуля 4 подсоединены к терморегулятору 6 (фиг. 2). Последний управляет нагревом тела сравнения и включением регистрирующего прибора 7,

о ю

Os

00

ю

00

который связан с датчиком 3 температуры. Термоэлектрический модуль 4 совмещает функции включенных встречно двух датчиков теплового потока.

Модуль представляет собой термоэлектрически-анизотропный преобразователь теплового потока, содержащий анизотропную пластину с системой параллельных разрезов образующих четное число последовательно соединенных ветвей 8 и 9 меандра (фиг. 3), в которых тензор максимальной анизотропии коэффициента термоЭДС ориентирован под углом 45° к поверхности пластины и продольному направлению ветвей меандра, причем обращенная к промежуточной среде поверхность ветвей в чередующемся порядке выполнена зачерненной и зеркальной. Модуль снабжен токосъемны- ми выводами 10.

Устройство работает следующим образом.

Размещенный на стенке тела сравнения термоэлектрически-анизотропный модуль 4 (фиг. 2) подвергается воздействию пронизывающих его стенку тепловых потоков, вызывая в каждой черненной и зеркальной ветвях меандра пропорциональные рассеиваемым потокам градиенты температур. Благодаря тому, что преобразователь выполнен в виде термоэлектрически-анизотропной пластины с указанной системой разрезов, а черненные и зеркальные ветви расположены в чередующемся порядке, генерируемые в них поперечные относительно градиента температуры ЭДС направлены вдоль ветвей и попарно вычитаются, а их разности суммируются. Таким образом, снимаемый с токосъемн ых вы водов 10 модуля 4 результирующий сигнал пропорционален разностному радиационно-конвек- тивному потоку, рассеиваемому черненными 8 и зеркальными 9 ветвями (фиг. 3). Принимая по внимание, что тепловые потоки, рассеиваемые в промежуточную среду конвекцией, не зависят от степени черноты ветвей, результирующий сигнал преобразователя практически пропорционален результирующему лучистому потоку между телом сравнения и поверхностью термомет- рируемого объекта.

Генерируемый модулем 4 результирующий электрический сигнал поступает на вход терморегулятора 6, где усиливается и сравнивается с опорным. В зависимости от уровня и знака генерируемого модулем 4 сигнала терморегулятор 6 автоматически меняет ток в цепи нагревателя 2 (фиг. 2), пока выходной сигнал модуля не станет равным нулю. При этом терморегулятор 6 подает сигнал управления на регистрирующий

прибор 7 для индикации показания датчика 3 температуры.

Исследования показали, что в условиях равенства радиационно-конвективных гютоков, рассеиваемых черненным и блестящим датчиками теплового потока, с погрешностью ± 0,5 К достигается температурное уравновешивание тела сравнения с термометрируемой поверхностью.

В опытах не обнаружено влияние температуры окружающей среды на результаты измерения, что также подтверждает высокую эффективность выделения лучистой составляющей теплообмена в процессе

температурного уравновешивания тела сравнения с термометрируемым обьектом, кроме того, исключаются искажения, вносимые в результаты измерения конвективным теплообменом.

Таким образом, устройство для бесконтактного измерения температуры движущихся тел может широко применяться в промышленности, так как обеспечиваемая им точность измерения позволяет использовать измерительную информацию для настройки и контроля температурного режима сложного технологического оборудования, оптимизировать его работу, обеспечить выпуск высококачественной продукции, снизить ошибки первого и второго рода при приемке, например, в технологическом процессе производства пленочных носителей информации.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения температуры движущихся тел, содержащее терморегулируемое тело сравнения в виде высокотеплопроводной пластины с

встроенным электрическим нагревателем и находящимися в контакте с пластиной датчиком теплового потока (ДТП) и датчиком температуры, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за

счет устранения искажений, вносимых конвективным теплообменом с промежуточной

средой, пластина выполнена по профилю,

соответствующему кривизне термомегрируемой поверхности движущегося тела,

причем отношение площади обращенной в сторону термометрируемого тела поверхности пластины к сечению максимального зазора по периметру пластины F/ 5П составляет не менее 5:1, где F - поверхность

пластины тела сравнения, обращенная к термометрируемому объекту; д - максимальный зазор между пластиной и термометрируемой поверхностью; П-периметр пластины, при этом в пластину тела сравнения встроен второй ДТП, оба ДТП установлены в центре пластины заподлицо с поверхностью тела сравнения, поверхность одного ДТП выполнена зеркальной, а поверхность второго ДТП зачернена, причем оба ДТП выполнены равной чувствительности, включены встречно и совмещены в одном термоэлектрическом модуле в виде термоэлектрически анизотропного преобразователя теплового потока в форме пла0

стины, содержащей систему параллельных разрезов, образующих четное число последовательно соединенных ветоей меандра, в которых тензор максимальной (минимальной) анизотропии коэффициента термоЭДС ориентирован под углом 45° к поверхности пластины и продольному направлению ветвей, причем лучевоспринимающая поверхность ветвей выполнена зачерненной и зеркальной в чередующемся порядке.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к бесконтактному измерению температуры движущихся тел. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет устранения искажений, вносимых конвективным теплообменом с промежуточной средой. Цель достигается тем, что устройство содержит терморегулируемое тело сравнения с профилем, соответствующим профилю поверхности движущегося тела. Тело сравнения содержит термоэлектрический модуль в виде пластины с системой параллельных разрезов. Пластина содержит чередующиеся зеркальные и зачерненные участки. Отношение обращенной в сторону термометрируемого тела поверхности пластины к сечению максимального зазора по периметру пластины составляет не менее 5:1. 5 ил, СО с

Риг f

п

fuzZ

А- 4

l/VAj i/y/i i/x Я РУАт/УЗ V/ЛУ/, ЈЈJi№Jj} f / U/71

Putt

Ж

Ё-Б

Ч

i«

LM

10

Фигй

Ж

г к о