Устройство для измерения температуры

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее жидкостную термометрическую трубку и блок цифровой регистрации, отличающееся тем, что, с цепью расщирения диапазона измеряемых температур и повышения помехоустойчивости устройства, в него введен генератор зондирующих электрических импульсов, а жидкостная термомет| 1ческая трубка выпсянена в виде звукопровода и снабжена приемно-передавшим встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн, размещенным на внутренней поверхности трубки выше уровня жидкости, причём между встречно-щтыревым преобразователем и пустотелым концом термометрической трубки установлен звукопоглотитепь. (Л О) хо со

COIO3 СОВЕТСКИХ

ОЛВЪЮ М

РЕСПУБЛИК

gran F 01 К 5/1

tI

f ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 33 17626/18-10 (22 ) 13.07.81 (46) 23.03.83. Бкл. M 11 (72) .А. Л. Немов и Н. В. Коскин. (53) 536.53 (088.8) (56) 1..Авторское свидетельство СССР

М 74091, кл. G 01 К 5/18т 1947 °

2. Патент США N. 3505872, кл. G 01 К 5/18, опублик. 14.04.70 (прототнп). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее жидкостную термометрическую трубку н блок

„.SU„„-1 006931, А цифровой регистрации, о т л н ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых температур и повышения помехоустойчивости устройства, 1 в него введен генератор зондирующих электрических импульсов, а жидкостная термометрнческая трубка выпсанена в вн— де звукопровода н снабжена приемно-передающим встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн, размещенным на внутренней поверхности трубки выше уровня жидкости, причем между встречно-штыревым преобразователем и пустотелым концом термометрнческой трубки установлен звукопоглотн тель.

1006931

Изобретение относится к термометрии, а именно к жидкостным капиллярным термометрам расширения с цифровой индикацией уровня термометрической жидкости, и может быть использовано для дистанционного измерения температуры.

Известен жидкостной термометр, соде ржаши и р ту тную термоме три ческу ю трубку, на внутренней поверхности которой нанесено тонкоплечное металлическое го- t0 крытие с высоким удельным электрическим сопротивлением (1).

Такая конструкция термометра обеспечивает не только визуальный, но и дистанционный контроль темпе)"атуры, кото- 15 рый осуществляется по„измененю сопротивления.датчика. Однако низкая чувствительность датчика и нестабильность параме тров эл е к три чес кой цепи не позволяют достичь высокой точности измерения тем- 2п пера туры..

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения температуры, содержащее жидкост- 25 ную термометрическую трубку и блок цифровой регистрации Р 2), Однако при достаточно высокой точности измерения, компактности и наличии цифрового выхода в известном устройст- ЗО ве диапазон измеряемых температур ограничен температурным диапазоном используемых элек тропроводных жидкостей— ртути и ее сплавов. Так, например, устройство не может работать в диапазоне

35 температур, который охватывают спиртовые термометрические трубки.

Кроме того, известное устройство имеет низкую помехоустойчивость в условиях воздействия электромагнитных по40 лей, статического электричества и радиоактивного излучения, Белью изобретения является расширение диапазона измеряемых температур и повышение помехоустойчивости устройства.45

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее жидкостную термометрическую трубку и блок цифровой регистрации, введен генератор зондирующих электрических импульсов, а жидкост- 5О ная термометрическая трубка выполнена в виде звукопровода и снабжена приемопередающим вс тречно-ш тыревым преобразователем поверхностных акустических волн, размещенным на внутренней поверх- 55 ности трубки выше уровня жидкости, а также тем, что между встречно-штыревым преобразователем и пустотелым концом термометрической трубки установлен звукопоглоти тель.

Конструкция предложенного устройства поясняется черте>ками, где на фиг. 1 приведена термометрическая трубка, общий вид; на фиг. 2 — вид Б на фиг. 1 (звукопоглотитель не показан); на фиг. 3— сечение А-А на фиг, 1; на фиг. 4 и 5— граница отражения импульса поверхностной акустической волны от жидкости, не смачива юшей и смачиваюшей вну трен н юю поверхность трубки соответственно; на фиг. 6 — схема подключения термометрической трубки к блоку цифровой регистрации.

Устройство содержит жидкостную термометрическую трубку 1 и блок 2 цифровой регистрации с генератором 3 зондирующих импульсов.

Нижняя часть трубки 1 заполнена термометрической жидкостью 4, например ртутью, спиртом и др, Выше уровня жидкости 4 в трубке 1 размещен возбудитель поверхностных акустических волн — приемо-передающий встречно-штыревой пре-, образователь 5 с электрическими уводами Ъ, выходящими из трубки 1 наружу (фиг, l и 2). Между встречно-штыревым преобразователем 5 и пустотелым концом трубки 1 помещен звукопоглотитель

7, выполненный из материала, поглощаю-, щего поверхностные акустические волны.

Выводы 6 встречно-штыревого npeobразователя 5 подключены к блоку 2 цифровой регистрации, в состав которого кроме генератора 3 зондирующих импульсов входят формируюше-переключающее устройство 8, усилитель 9 и цифровое вычислительное устройство 10.

Зля визуального измерения температуры (как в обычном жидкостном термометре) на внешнюю поверхность трубки

1 нанесена температурная шкала (фиг.l ).

Жидкостная термометрическая трубка

ll выполнена из плавленого кварца. Высокая пластичность кварца в нагретом состоянии обеспечивает возможность формирования трубки в широком диапазоне длин и диаметров при высокой точности, чистоте поверхности и оптической про зрачности. Электроды встречно-штыревого преобразователя выполнены из окиси цинка или сернистого кадмия и нанесены непосредственно на внутреннюю поверхность кварцевой трубки 1, например ме тодом фотолитографии в виде пленки толшиной около 1000 А. Звукопроводом для поверхностных акустических волн в дан93 i ф чина частоты г генератора 3 должна также повышаться.

Устройство работает следующим образом, С цифрового вычислительного устройства 10 на вход генератора 3 подается запускающий импульс, вызывающий на выходе генератора 3 появление электрических импульсов, поступающих через формируюше-переключающее устройство 8 в блок 10 памяти цифрового вычислительного устройства в виде тактовых импульсов М > и одновременно на выводы 6 встречно-штыревого преобразователя 5— как зондирующие датчик электрические импульсы.

Зондирующий электрический импульс> попадая на электроды встречно-штыревого преобразователя 5, возбуждает на поверхности звукопровода (внутренней поверхности кварцевой трубки 1 ) импульс поверхностной акустической волны, распространяющийся от электродов встречноштыревого преобразователя 5 к нижнему концу трубки 1, заполненному термометрической жидкосчЪю 4> с постоянной скоростью V в поверхностном слое звукопровода, не превышающем по толщине нескольких десятков ангстрем. Скорость распространения акустического импульса в кварце У является высокостабильной величиной.

Кварц является одним из наиболее стабильных к температурному воздействию материалов, его температурный коэффициент bl составляет крайне малую

7 величину порядка 5 10 град - Таким. образом, на скорость распространения акустического импульса практически не влияет ни температура, ни давпен%е окружающей среды, ни источники элеКтромагнитного излучения.

Достигнув жидкости 4, акустический импульс отражается от периферийных границ мениска жидкости и совершает обратное движение к электродам встречно--штыревого преобразователя 5, где преобразуется обратно в электрический импульс отраженного сигнала, который . поступает на формирующе-переключающее устройство 8, где выдается. разрешение на запуск нового зондирующего импульса, и далее через усилитель 9 - в ко- мандный блок цифрового вычислительного устройства 10. Далее процесс повторяется снова, аналргично описанному, g p a> . где g - заданное число зондирующих импульсов, которое закладывается зар ц ее

В зависимости от требуемой точности измерения, темпа выдачи информации из блока 10 памяти цифрового вычислительного устройства и конструктивных параметров трубки 1 частота следования импульсов „ генератора 3 выбирается в пределах 10 -10 Гц. С увеличением треЪ 9 буемой точности .измерения и темпа выдачи информации, а также с уменьшением рабочей длины трубки 1 и расстояния от электродов встречно-штыревого преобразователя 5 до верхнего. предельно допусти,мого уровня жидкости в трубцр 1, вели3 1006 ном случае является непосредственно сама внутренняя поверхность кварцевой трубки 1, так как рассеивание акустических волн в объеме кварца не происходит из-эа поверхностного характера их распространения, При использовании стеклянной термометрической трубки 1 звукопровод формируется на ее внутренней поверхности путем нанесения покрытия иэ материала, проводящего поверхностные акусти-щ ческие волны.

Звукопоглотитель 7 в зависимости от диапазона рабочих температур может быть выполнен, например, из стекловаты, пробки и.других материалов, поглощающих по- t5 .верхнос тные акустические волны.

Для упрощения процесса нанесения электродов встречно-штыревого преобразователя 5 на внутреннюю поверхность трубки 1 последняя в месте их располо- щ жения может быть выполнена плоской (не показано). Для зашиты от внешних механических воздействий трубка 1 может быть помещена в жесткий оптически прозрачный корпус цилиндрической форумы> 25 выпопненный, например, из стекла (не показан), Выводы 6, выполненные, например, из платины или ее сплавов, подсоединены через формируюше-переключающее устройст- зо во 8 к выходу генератора 3 зондирующих электрических импульсов. Выход тактовых импульсов Й формирующе-переключающего устройства 8 подключен к блоку 10 памяти цифрового вычислительного устройства, Выход зондирующих импульсов

8 через усилитель 9 подключен к командному блоку 10 цифрового вычислительного устройства, осуществляющему операции контрольного считывания зондирую40 щих импульсов, операцию запуска (остановки) генератора 3 и операцию выдачи информации об измеряемой температуре

НИ. ) из блока 10 памяти цифрового вычислительного устройства. 45 (.) « „ -(« ))

5 10069 в формируюше переключающее устройство

8 или в, цифровое вычислительное устройство 10 и определяется, исходя из требуемого темпа выдачи информации, требуемой точности измерения и скорости изменения контролируемой температуры.

После поступления в командный блок

10 цифрового вычислительного устройства р отраженных импульсов командный блок прекращает поступление в блок 10 10 памяти цифрового вычислительного устройства тактовых импульсов М и выдает информацию об измеренной температуре из блока памяти в виде последовательности тактовых импульсов, запомненных 15 за время прохождения через звукопровод заданного заранее количества зондирующих импульсов, При этом количество тактовых импульсов N(t ) поступивших в блок памяти, определяется из соотношениями

"((- ) г" — (<) г где 5 q — частота поступления импульсов. в блок памяти цифрового вычислительно- го устройства с генератора зондирующих импульсов.

В то же время частота опредеЪ ляется выражением

Ч 30 чГГГЗ " где 4 — длина рабочей частоты термометрической трубки;

1, Щ- высота столба жидкости в трубке (по линии д Ь ), зависящая от температуры

Из (1) с учетом (2) следует

Таким образом, по количеству М Ц. ) тактовых импульсов на выходе блока па3l 6 мяти производится измерение температуры контролируемого объекта. Результаты измерения можно получить и в графической форме, подключив к цифровому вычислительному устройству 10 графопостроитель. для плавленного кварца скорость распространения поверхностных акустических волн Н вЂ” 3000 м/с. Современные генераторы импульсов обеспечивают частоту до 10 Гц. Темп выдачи информации с устройства обычно выбирается в пределах

1-10 измерений в секунду. Рабочая длина термометрической трубки выбирается из диапазона контролируемых температур и находится как правило в пределах 50500 мм.

Высокая точность измерения температуры предложенным устройством и хорошая помехоустойчивость обеспечивается высокой стабильностью частоты г тактовых импульсов, поступающих с генератора

3, высокой стабильностью конструктивных параметров термометрической трубки

1, выполненной из плавленого кварца и высокой стабильностью скорости распространения поверхностных акустических волн.

Так, предложенное устройство с жидкостной термометрической трубкой длиной 250 мм в температурном диапазоне

0 С 10 С при частоте тактовых имо пульсов х г= 10 Гц, количество зондирующих импульсов И. 3 в одну секунду, при темпе выдачи информации 1 раз в секунду обеспечивает точность измерения температуры не менее 0,01 С (при визуо альном контроле до 0,2 С).

Предложенное устройство в отличие от известного работает с любым типом термометрической жидкости, что значительно расширяет диапазон измеряемых температур.

ВНИИПИ Заказ 2123/63 Тираж 871 Подписное филиал ППЛ "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4