Устройство для измерения температуры Советский патент 1982 года по МПК G01K7/34 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к измерению интегрального значения температуры сред и может быть использовано для измерения низких температур жидких и газообразных сред с повышенной точностью.

Известны термометры проточного типа, используемые для измерения температуры газов, паров и жидкостей Cl.

Недостатками известных устройств являются низкая чувствительность выходного параметра к температуре, значительная погрешность измерения за счет влияния теплопроводности арматуры и малой плопади соприкосновения датчика со средой, а также возможность определения температуры только по одному параметру - термо-ЭДС или сопротивлению датчика. Для газообразных сред точность измерения температуры такими устройствами} (например, платиновыми термометрами ТСП) ограничена значением 1,5-2%.

Известен также цифровой термометр на базе керамического конденсаторного датчика, содержащий емкостный датчик, преобразователь параметра датчика в интервал времени и преобразователь интервала в код. Это устройство предназначено для измерения криогенных температур и основано на использовании переходных процессов в RC-цепи. Оно обладает более высокой чувствительностью по сравнению с термометрами сопротивления 2j.

Недостатками этого устройства являются невысокая помехоустойчивость и существенное влияние способа уста10новки датчика в потоке и его обледенения на точность измерения.

Наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности емкостный термометр содержит колебательный

15 LC-контур, включенный в цепь автогенератора, трансформатор, измеритель частоты автогенератора и блок индикации температуры. Резонансная частота. LC-контура зависит от темпера20туры вследствие использования в качестве емкости конденсатора с 6a;ibшим ТКЕ

(П

25

где К - постоянный коэффициент; TO - начальная температура; Т - измеряемая температура 3j . Температуру определяют путем измерения частоты автогенератора, за30даваемой LC-контуром. Недостатками такого устройства являются малая площадь соприкоснове ния со средой, определяемой размера ми емкостного датчика, йевысокая точность измерения вследствие влияния способа установки датчика в ср де, а также использование только од ного информативного параметра - чао тоты LC-контура (зависящей от температуры из-за наличия ТКЕ емкостного датчика), Цель изобретения - повышение точности измерения интегральной темпера туры жидких и газообразных сред за счет увеличения плогчади соприкоснове ния датчика температуры со средой И вычисления температуры по нескольким параметрам .датчика. Указанная цель достигается тем,. что в устройство введены вычислитель измеритель добротности LC-контура, а индуктивность LC-контура выполнена термозависимой, причем выход LC-контура подключен к входу измерителя добро ноет и LC-контура, а его выход соединен с одним из входов вычислителя, к другому входу которого подсоединен выход измерителя частоты автогенератора, а выход вычислителя соединен с входом блока индикации. Кроме того,LC-контур выполнен в виде плоской спирали, размещенной на основании из материала с термозависимой диэлектрической проницаемостью. .На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - вариан выполнения датчика. Устройство содержит образованный емкостью 1 и индуктивностью 2 датчик 3 в виде LC-контура, автогенератор 4 изм итель 5 частоты автогенератора измеритель б добротности, вычислитель 7 и блок 8 индикации. . Устройство работает следующим образом. Частота колебаний автогенератора определяется параметрами LC-контура и связана с температурой ДТ через емкость С датчика зависимостью ре%.2П ЬСИ-Гс{То-лТ) где U - индуктивность датчика; GO - емкость датчика йри температуре Тр ; (f - ТКЕ датчика. В то же время добротность LC-кон тура зависит от температуры &T через активное сопрот.ивление rj, катуш ки 1 и емкость Сда V- ( Cpp-lbtT Sn где di - ТКС диэлектрика конденсатора . Измеренные измерителями 5 и 6 соответственно частота fpg, и добротность QX,- подаются на вычислитель 7, который осуществляет расчет измеряемой температуры AT по формулам (4-6), полученным путем преобразования выражений (2 и 3) дТ- . дТ -Т - -Гн - g г . ДЧ tt7 .-г , - JL/b J а-То Д ,. (6) Таким образом, измерение температуры среды осуществляют путем измереия резонансной частоты fpe и доб- ротности QK контура, которые однозначно связаны с температурой среды через емкость С и активное сопротивление Гр датчика 3. За счет вычисления температуры по результатам измерения двух независишлх параметров LC-контура обеспечивается более высокая достоверность измерения. Кроме того, при измерении температуры распределенных сред повышается точность измерения за счет увеличения площади соприкосновения среды с датчиком. Датчик может быть выполнен (фиг. 2) в виде печатной катушки 9 индуктивности, находящейся а изоляционном основании 10 с термозависимой диэлектрической проницаемостью. Дпя подключения датчика, к контуру служат контакты 11 и 12. индуктивностью контура является печатная катушка 9, а емкостью межвитковая емкость, в сильной степени зависящая от диэлектрической проницаемости основания 10. Описанная вьЕяе конструкция Датчика позволяет обеспечить одновременное изменение резонансной частоты контура и его добротности от температуры за счет термозависиких диэлектричес кой проницаемости основания 10 и активного сопротивления катушки 9 соответственно. Измеритель позволяет обеспечить высокую чувствительность. Так, при выборке величин С 10-9 ф- Гс L ., 10- Гн; RO 0,1 ом; O(R f 4., 3-10 1/К имеем при Т 20С f 159,5 кГц, 0 Ю. Тогда чувствительность по частоте составляет более 1000 Гц/К, а по добротности - 50-60 . При этом относительная погрешность измерения с учетом влияния способа установки датчика в среде может быть снижена до 0,1-0,2% за счет алгоритмической обработки результатов измерения по двум параметрам одновременно. Кроме того, наличие двух термозависимых параметров позволяет вести контроль исправности датчика путем соответствующей обработки информации в вычислителе.

Применение предлагаемого устройства наиболее целесообразно для изомере ни я интегральной температуры жидких и газообразных сред с высокой точностью.

При измерении температуры энергоносителей может быть получен значительный экономический эффект за счет экономии энергии в результате более точного измерения тe.шepaтypы и снижения ее потерь при регулировании.

Формула изобретения

входу измерителя добротности LC-контура, а его выход соединен с одним из входов вычислителя, к другому входу которого подсоединен выход измерителя частоты автогенератора, а выход вычислителя соединен с входом блок-а индикации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

В сб.: Вычислительная техника, радиотехника, радиоизмерения, магнитные материалы, ч. 1. Красноярск, 1974, с. 152-155.

p. 1505-1510 (прототип).

//

«/