ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ Советский патент 1970 года по МПК G01K7/16 

Изобретение относится к области темнератур;ных измерений и . быть применено там, где необходимо расширить динамичес:Ку о нолосу нронускания термометра, что имеет место нри измерении нестационарных тепЛо,вых ироцессов.

Динамическая иогрешность обусловлана тенловой инерцией термол етра и зависит, в основном, от его конструкции и величины тенлоотдачи между измеряемой средой и термометром.

Чувствительный элемент у большинства техиических термометров нредставляет собой Цилилдрический каркас из керамики, в кнашлы которого номещена спираль из 1платимовой троволоки. Чувствительный элемент номещей в защитную арматуру. Величина мииимальjiioro показателя тепловой инерции составляет нримерио несколько секунд, а ири уменьшении теплоотдачи показатель увеличивается. Например, в условиях оиокойиого воздуха иоказатель составляет несколько десятков мниут.

Указанные 1вел| 1чины показателя тепловой зшерции станОВятся неприемлемыми с точки зреиия измерения нестационарных ироцессов, так как всегда нмеет место динамическая ногрешность измерения температуры и те.м больше, чем больше показатель тепловой инерции. Уменьшение ноказателя тепловой инерции путем обычного изменения конструкции термометра (уменьшение толщины стеиок, увелнченне площади соприкосновения и др.) в конце концов исчериывает все возможности, так как конструкция обусловлена механической прочпостькз, зависящей от параметров среды.

Для уменьшения дина1мической погрешности в существующих измерительиых схемах применяется метод динамической коррекции, основанный «а включении инерционного звена с такой передаточной характеристикой, что суммарная динамическая погрешность и тер|МОЛ1етра уменьшается.

Недостатки указанного способа заключаются в том, что уровень выходного сигнала после иреобразоваиня уменьшается; гребуется наличие дололнительных усилителей, охвачелных специальными обратными связями, при этом 1корректируюЩ1ие звенья настроелы на определелпую величину тепловой илерции, хотя в процессе эксплуатации указанная велнчипа лю/кет нзменяться в широких пределах.

Существует коррекция динамической погрешности системой комбинированных термопрнемипков, включен}1ых специальным образом в измерительную схему. Недостатки данной коррекции заключаются в наличии второй донолиительной схе.мы и двух термопрпемииков, сугубо предназначенных для коррекции основного термоириемника.

ленной от оановиой ее массы, а холодные колцы термопары расположены внутри основной массы арматуры в непосредственной близости от чувствительного элемента термометра сопротивления, прнчсм ОДИ|11 вывод термопары соединен с выводо-м термометра соп.ротивлс)иия. Такая конструкцня позволяет повысить точиость измерений п снизить ииерционность прибора.

На фнг. 1 иоказана конструкция датчика; па фиг. 2 - один из варианто в схеады включения; на фиг. 3 дана характеристика датчика.

Изолпрованщый го,рячий спай термопары / находится в .конечной части заии1тиой ар.матуры, удаленной от основной массы термометра н имеющей малую .величину локальной топло;вой инернии. Г1рактичеок1И последняя .может быть доведена до долей секунды. Холодные концы термопары 2 находятся во внутренней части чувствительного элемента 3. Один из концов термопары соеди«е|И с обмоткой элемента 4, второй имеет выводной проводинк 5.

Один из вариантов схемы включения даиного тер1мометра показан на фиг. 2. наглядности работы описанной конструкции терлюметра дримем, что тем1пература среды изменилась скачкообраз1но (фиг. 3, о).

Рассмотрим изменение выходного сигнала измерительной схемы в отдельности: за счег изменения сопротивления, за счет пзмеиения термо-э. д. ,с, развиваемой термопарой, а также суммарный эффект.

Сопротивление чувствительного элемента изменяется но экспоненциальному закону (фиг. 3,6); постоянная времени определяет тепловую инерцию термометра без коррекции. Изменение термо-э. д. с, развиваемой тер мопарой, ;показано ,на фиг. 3, в. Область О А характеризует нагрев горячего спая термопары, так как при переходпых процессах всегда имеется граднеит температуры между горячим и холодпыы копцами термопары. По мере прогрева чувствительного элемента термо-э. д. с термопары у1ме.ньшается, так как исчезает градиент температуры (область АВ). При достижении стациона.рного режима термо-э. д. с. равна нулю.

Постоянная времепн горячего спая термопары намного меньше шостояиной времени холодных концов термопары, при этом иостояшиая времени холодных концов термопары

равна ностоянной .времени чувствнтельноги элемента, так как холодные концы термопары размещены на том же расстоянии от поверхности, что и теилочувствите;1Ы ая обмотка термометра сопротивления.

Из фиг. 2 следует, что наиряжание иа выходе измерительной схемы рав.но сумме те})мо-э. д. с и напряжения разбаланса моста за счет изменения соцротивления. Следовательно, просуммировав ординаты кривых, данных на фиг. 3,6 и 3,8, иолучим нзменаине нацряження ирп скачкообразном измсиеипи температуры (см. фиг. 3,г).

Из .кривой, данной иа фиг. 3, г, с.педуег. что тепловая инерцня тер1мометра скорре1чтирова«а та.кнм образом, что постоянная времени напряжения па выходе измбрительно11 схемы онределяется инерцношюстью горячего спая термопары, тер.мо-э. д. с., которой в стационарном режиме равна .

Опти.маль)1ый вариант коррекции вЫИолияется П|ри условии, что термо-э. д. с., воЗНнкаюпд,ая при разности те.мператур в между горячим и холо.даымн конца1ми термопары, равна нанряжению разбаланса за счет изменения сопротивления термометра на ГС.

Ь э.д.с /Ад к 1

где / - ток, протекаюи1,ий через термометр;

к - коэффициент пропорциональности,

зависящий от измерительной схемы вторич.ного прибора. При необходимости можно нрнмеиить две или более тер1моиар, соед.иненных .носледовательно и размещенных соответствуюп;нм образом.

Предмет изобретен и я Датчик температуры, содержащий термопару и чувствительный элемент термометра сопротивления, размещенные в общей защитной арматуре, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измсрс |ий и ионижеиия .инерционности, опай термаиары размещен в части арматуры с минимальной тепловой инерционностью и удаленной от основной ее массы, а холодные концы термопары размещены внутри основной массы арматуры в непосредственной близости от чувствительного элемента термометра сонротивления, .причем одни .вывод термопары соединен с выводом термометра сопротивления,

t

.3.i: