Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (1l) (ю 4 (О1 K 7/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3762498/24-10 (22) 02.07.84 (46) 15.01.86. Бюл. В 2 (71) Институт технической те лофизики АН УССР.и Львовский. ордена Ле" нина политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) О.А.Геращенко, Т.Г. Грищенко, Л.В.Гурьянов, Ю.П.Золотаренко, В.И.Зорий, В.И.Пуцыло и О.И.Чайковский (53) 536.53(088.8) (56) Патент США Р 3256734 кл. 73"193, опублик. 1966.

Патент США У 3321974, кл. 73-359, опублик. 1967. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее датчик теплового потока с нагревателем, контактирующим через теплопроводную пластину с чувствительным элементом датчика теплового потока, соединенным с входом усилителя, усилитель .мощности, выход которого подключен к нагревателю, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок извлечения квадратного корня, источник опорного напряжения и блок сравнения, входы которого соответст венно соединены с выходами усилиР теля и источника опорного напряже- 9 ния, а выход через блок извлечения квадратного корня — с входом усилителя мощности

1 1204967 1

Изобретение относится к области измерения температуры и может быть использовано при построении высокоточных быстродействующих средств измерения температуры поверхностей труднодоступных объектов.

Цель изобретения — повышение точности измерения при повышенном быстродействии.

На фиг. 1 представлен датчик теплового потока устройства, на фиг.2 структурная схема устройства, на фиг. 3 — схема блока извлечения квадратного корня.

Устройство содержит датчик теплового потока, который состоит иэ чувствительного элемента 1, в качестве которого, например, используются термоэлектрические преобразователи, контактирующего через образцовую теплопроводную пластину 2 с нагревателем 3, которые размещены в теплоизоляционном корпусе 4.

Чувствительный элемент датчика подключен к входу усилителя 5-постоянного тока, выход которого под(ключен к одному входу блока сравнения б, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения 7, который совместно с блоком сравнения служит для задания нижнего предела измерения температуры. В частном случае в качестве опорного напряжения, подаваемого на второй вход блока сравнения .б, может использоваться нулевой уровень, Выход блока сравнения связан с выходом устройства, а также через блок извлечения квадратного корня

8 и усилитель мощности 9 подключеи к нагревателю 3 датчика.

Устройство работает следующим образом.

После осуществления контакта исследуемого объекта и датчика теп" лового потока устройства на вьасоде последнего появляется ЭДС, обуслов" ленная разностью температур обьекта и теплопроводной пластины 2. Эта

ЭДС усиливается усилителем постоянного тока 5, выходное напряжение которого сравнивается с опорным от источника 7 опорного напряжения посредством блока сравнения б, выход" ной сигнал которого поступает через блок 8 и усилитель мощности 9 к нагревателю 3. Выделяющееся при этом тепло обуславливает выравнивание

П м

Т, = Т

)(H

25 где коэффициент пропорциональности, Б„и К„ — соответственно напряжение на нагревателе и его сопротивление.

ЗО

Для получения линейной зависимости между вьгкодным напряжением устройства U q, формируемым на выходе блока сравнения (входе блока извлечения квадратного кррня), и темЗ пературой Т> необходимо, чтобы Uù,„

H Uq были связаны зависимостью (2) 4О

Усилитель мощности. 9 необходим для усиления сигнала с выхода блока

7 до уровня, достаточного для работы нагревателя, и может быть выполнен в виде повторителя напряжения

45 с усилением по току (т.е. в общем с:лучае по мощности). Поскольку сопротивление нагревателя должно быть неизменным во времени и независимым от температуры, то блоки 8 и 9 могут быть объединены и тогда с:хема цепи отрицательной обратной связи может быть выполнена в виде блока извлечения квадратного корня с усилителем мощности на выходе, охваченных местной отрицательной обЯ% ратной связью, один иэ вариантов реализации которого представлен на фиг, 3. температуры объекта и теплопроводной пластины 2, Это приводит к уменьшению выходной ЭДС датчика теплового потока. При достижении равенства

5 преобразуемой температуры и температуры теплопроводной пластины 2, что обеспечивается большим значением коэффициента усиления усилителя 5, эта ЭДС стремится к нулю, а

1О следовательно, стремится к .нулю и погрешность статиэма устройства.

Использование блока .извлечения квадратного корня 8 в цепи отрицательной обратной связи обусловлено

I5 необходимостью получения линейной зависимости выходного напряжения от измеряемой температуры Т . При равенстве температуры объекта Тг температуре, создаваемой нагревателем

29 Т» она пропорциональна мощности, выделяемой нагревателем, т.е.

12. Блок извлечения квадратного корня (фиг. 3) содержит резисторы 10 и 11, соотношение которых задает значение коэффициента k операционный усилитель 12, коэффициент усиления которого при. разомкнутой обратной связи стремится к бесконечности; усилитель мощности 13 и квадратор

14. Усилитель мощности может быть реализован на транзисторах по схеме двухтактного усилителя мощности, работающего в режиме эмиттерного повторителя.

Поскольку датчик теплового потока выполняет роль нуль-индикатора теплового потока.(равенство. нулю градиента температур по обе стороны чувствительного элемента датчика теплового потока), то нестабильность его параметров не влияет на погрешность измерения. Чувствительность датчика теплового потока к градиентной разности температур может достигать сотых долей градуса, дрейф эквивалентного напряжения смещения современных усилителей постоянного тока — десятые доли микровольта, что даже при выходных ЭДС чувствительного элемента датчика, рав" ных нескольким милливольтгм, составляет доли процента, а нестабиль04967 4 ность сопротивления нагревателей при использовании для их создания манганина или константана достигает сотых долей процента при изменении

5 температуры нагревателя .на сто градусов, т.е. результирующая.погрешность устройства может быть менее

0,12 при широком диапазоне измерений положительных температур. Погрешностью от рассеивания тепла в окружающее датчик пространство можно пренебречь, так как при такой конструкции датчика теплового пото ка краевые эффекты незначительны. !

Также пренебрежимо мала погрешность от изменения коэффициента усиления усилителя 5, поскольку он охвачен глубокой отрицательной обратной связью через элементы 6, 8 и 9.

Погрешность блока извлечения квадратного корня 8 может быть незначительной при достаточно высо-, ких уровнях выходного сигнала уси" лителя 5 и при реализации этого I устройства по схеме, изображенной на фиг. 3, определяется погрешностью отношения резисторов 11 и 10, которая может быть ничтожно малой (сотые доли процента)„ и погрев30 ностью квадратора, которая может быть меньше 0,1Е.

1204967

Составитель Б, Куликов

Редактор О. Колесникова Техред И.Асталош Корректор В, Синицкая

Заказ 8517/42 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и откритий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4