Способ определения температуры

 

Изобретение м.б. использовано для повышения точности и эксплуатационных качеств полупроводниковых резистивных термометров. Цель изобретения - повышение точности определения температуры в условиях длительной эксплуатации. Через полупроводниковый терморезистор (ПТР) пропускают ток, который производит его нагрев. Температуру дополнительного нагрева контролируют сравнением полученного сопротивления с первоначальным сопротивлением. Измеряют ток нагрева, соответствуюруш сопротивлению ПТР, и определяют рассеиваемую на нем электрическую мощность. Определяют температуру нагрева из уравнения теплового баланса подогретого ПТР. Постепенно увеличивают температуру нагрева ступенчатыми изменениями тока нагрева. Процесс увеличения тока нагрева прекращают, если уменьшение сопротивления ПТР становится меньше (О, по сравнению с предьщущим состоянием. По результатам измерения трех значений сопротивлений ПТР и по току нагрева вычисляется с помощью ЭВМ температура контролируемой среды. 1 нп. с сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОДИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 К 7/16

ВСЕСЙОЗНАЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° I Я с

4 г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4087479/24-10 (22) 14.07.86 (46) 07.01.88. Бюл. В 1 (71) Институт электродинамики АН

УССР и Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю.А.Скрипник, И.Н.Жукинский, И.Ю.Скрипник и В.И.Скрипник (53) 536.53(088.8) (56) Патент США М 4294115, кл. G 01 К 7/16, опублик, 13,10.81.

Авторское свидетельство СССР

Р 685936, кл. G 01 К 7/16, 1977, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение м.б. использовано для повышения точности и эксплуатационных качеств полупроводниковых резистивных термометров. Цель изобретения — повышение точности определения температуры в условиях длительной эксплуатации. Через полу„„Я0„„1364911 A 1 проводниковый терморезистор (ПТР) пропускают ток, который производит его нагрев. Температуру дополнительного нагрева контролируют сравнением полученного сопротивления с первоначальным сопротивлением. Измеряют ток нагрева, соответствуюр1ий сопротивлению ПТР, и определяют рассеиваемую на нем электрическую мощность.

Определяют температуру нагрева из уравнения теплового баланса подогретого ПТР. Постепенно увеличивают температуру нагрева ступенчатыми изменениями тока нагрева. Процесс увеличения тока нагрева прекращают, если уменьшение сопротивления ПТР становится меньше (0,5-1)X по сравнению с предыдущим состоянием. По результатам измерения трех значений сопротивлений ПТР и по току нагрева вычисляется с помощью ЭВМ температура контролируемой среды. 1 ил.

1364911

Изобретение относится к технике измерения температуры различных сред с помощью полупроводниковых термо— резисторов и может быть использовано для повышения точности и эксплуатационных качеств полупроводниковых резистивных термометров.

Цель изобретения — повышение точности определения температуры полу- 10 проводниковыми терморезисторами в условиях длительной эксплуатации без дополнительных промежуточных калибро3. з !

1) где А — коэффициент, имеющий размерность сопротивления;

 — коэффициент, имеющий размер- 4П ность температуры и определяющий чувствительность ПТР.

Сопротивление R, ПТР 2 преобразуется преобразователем 4 в напряжение, которое мультиплексором 6 подается 4г, на вход АЦП 7. Цифровой код, соответствующий сопротивлению терморезистора Р, при контролируемой температуре 6, поступает в микро-ЭВМ

9, где запоминается. Пропускают через ПТР ток, который нагревает рабочее тело ПТР. В результате дополнительного нагрева ПТР его сопротивление уменьшается в соответствии с его температурной характеристикой. Температуру дополнительного нагрева повьппают увеличением тока до значения, при котором первоначальное сопротивление ПТР В, уменьшается на вок.

На чертеже представлена структур- 1 ная схема устройства, реализующего предложенный способ, Устройство содержит управляемый источник 1 тока, к которому подключены последовательно соединенные полу- 2р проводниковый терморезистор (ПТР)

2 и низкоомный калиброванный резистор 3 с сопротивлением В „, преобразователь 4 сопротивления в напряжение и преобразователь 5 тока в напряжение, мультиплексор 6, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 7, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)

8, микро-ЗЬ11 9 с цифровым индикатором 10. ЗО

Способ осуществляется следующим образом.

ПТР 2 помещают в контролируемую среду с температурой 6 и измеряют его сопротивление

li tl

R,=Ae

5-10Х. Сопротивление дополнительно нагретого ПТР ь|(Î 6,)

Н =А=

"z

I (2) 0,05 R,

Р, =Х,В (4) Ток подогрева I,, протекающий через низкоомный калиброванный резистор 3, преобразуется преобразователем 5 в напряжение, которое через мультиплексор 6 поступает в АЦП 7, где кодируется и после этого запоминается в микро-ЭВМ 9. Определяют температуру дополнительного нагрева из уравнения теплового баланса подогретого ПТР

z (1 1 1 (5) где $ — поверхность охлаждения ПТР;

С вЂ” коэффициент рассеяния, учитывающий все виды распространения тепла от рабочего те-. ла ПТР (конвекция, теплопроводность и тепловое излучение).

Нагрев терморезистора осуществляется по командам с микро-3ВМ 9. На выходе ЦАП 8 вырабатывается ступенчатое управляющее напряжение, которое изменяет ток нагрева терморезистора источником 1.

Для электрической развязки изме,рительного тока преобразователя 4, протекающего через ПТР 2, с током нагрева от источника 1 последний делают переменным с синусоидальной или прямоугольной формой кривой.

Программой микро-3ВМ предусмотрено сравнение каждого нового значения сопротивления ПТР с предыдущим и определение относительного приращения на каждую ступень нагрева. Количестгде и 9, — температура дополнительного нагрева.

Температуру дополнительного нагрева а8, контролируют сравнением полученного сопротивления R с первоначальным сопротивлением R, из условия:

1364911 пературы.

Достижение слабой зависимости сопротивления ПТР от приращения тока нагрева означает выход на пологий участок температурной характеристики

ПТР (6+ad<>H), где экспоненциальный член уравнения (1 ) имеет следующий вид:

30 (6) е +

В этом режиме сопротивление ПТР приближается к своему минимальному значению

40 (7) R =A, которое измеряют с допустимой погрешностью, При этом мощность, рассеиваемая на ПТР с учетом максимальной измеряемой температуры, не должна превышать предельно допустимого значения для используемого типа терморезистора.

По результатам измерения трех значений сопротивления терморезистора R,, R >, R > и току нагрева вычисляется с помощью микропроцессора ЭВМ температура контролируемой среды 6, которая индицируется в цифовой форме на индикаторе 10 .

1 (1пв2 — 1пв 3, I Я1 (8) 1nH 1пВ„ CS

50

55 во ступеней в нагревающем токе определяется достижением условия (3), Постепенно увеличивают температуру нагрева ПТР ступенчатыми изменениями тока нагрева d I фиксируя при каждом увеличении тока уменьшение сопротивления ПТР. При этом приращение тока a I выбирают равными первоначальному значению тока подогрева )p

4 Х=Х „. В результате нагрева ПТР происходит уменьшение его сопротивления, причем с каждым приращением тока dI уменьшается приращение сопротивления лВ из-за падающего характе- )5 ра температурной зависимости сопротивления ПТР, Процесс увеличения тока нагрева прекращают, если уменьшение сопротивления ПТР становится меньше 0,5-17. по сравнению с предыдущим состоянием. Установившийся ток нагрева I =

=I, +ndI где п — число приращений тока, обуславливает более высокую температуру нагрева ПТР 40 » d0„, 25 соответствующую области низкой чувствительности ПТР к изменениям темЗначения величин S и С хранятся в памяти микро-3ВМ в качестве констант.При этом возможен учет зависимости коэффициента рассеяния от теплофизических свойств контролируемой среды и ее температуры заданием коэффициента рассеяния массивом экспериментальных данных, хранящихся в постоянном запоминающем устройстве ЭВМ.

Иэ (8) следует, что результат вычисления температуры не зависит от коэффициентов терморезистора А и В, а определяется только измеряемыми сопротивлениями R „ R, и R >, током нагрева I,, поверхностью охлаждения

S и коэффициентом рассеяния С ПТР.

Выбор первоначального нагрева ПТР иэ условия (3) и прекращение дальнейшего его нагрева исходя из достижения монотонного уменьшения сопротивления ПТР в пределах, меньших 0 51i. сделан из следующих соображений.

Для малоинерционных бусинковых ПТР, например типа СТ1-18, СТ1-19, СТЗ-25 и т.п., температурный коэффициент сопротивления, характеризующий чувствительность ПТР, изменяется от

3-8X/К при д =20 С до 0,6-0,9X/Ê при

8=500-600 С, т.е. снижается примерно в 10 раз.

Первоначальный нагрев иэ условия (3) обеспечивает корректность применения формулы (5), которая справедлива для малых перепадов между нагретым телом и окружающей средой. В то же время такой перегрев значительно превьппает уровень тепловых флуктуаций

ПТР и контролируемой среды. Поэтому десятикратное уменьшение чувствительности ПТР в процессе постепенного нагрева ПТР свидетельствует о достижении пологого участка его температурной характеристики.

Таким образом, повьппение точности определения температуры терморезистивным термометром достигнуто эа счет исключения влияния нестабильности коэффициентов терморезисторов; определяющих его температурную характеристику и чувствительность, а также непостоянстВа напряжения питания и чувствительности преобразователя сопротивления терморезистора в электрическое напряжение, измеряемое выходным прибором термореэистивного термометра. цесс увеличения тока нагрева при уменьшении сопротивления терморезистора относительно предшествующего значения менее 0,5-17, измеряют минимальное сопротивление нагретого терморезистора, а температуру 8 контролируемой среды определяют по формуле

1nRq-1nRg Т В

2 в =(— — — — -)

1пВ,-1пв, CS где R

Корректор В.Бутяга

Заказ 6586/34

Тираж 607 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4

5 13649

Формула и з обретения

Способ определения температуры, заключающийся в пропускании тока че5 рез размещенный в контролируемой среде полупроводниковый терморезистор и измерении его сопротивления, дополнительном нагреве терморезистора относительно контролируемой среды то- ip ком и измерении сопротивления дополнительно нагретого терморезистора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, температуру дополнительного нагрева терморезистора повышают до значения, при котором первоначальное сопротивление терморезистора уменьшается на 5-107., измеряют ток, создающий указанный нагрев терморезистора, постепенно увеличивают температуру нагрева терморезистора ступенчатйми изменениями тока нагрева, фиксируя при каждом увеличении тока величину уменьшения сопротивления терморезистора, при 26 этом приращения тока выбирают равны- . ми первоначальному значению тока нагрева терморезистора, прекращают проI

Составитель В.Голубев

Редактор В.Данко Техред 11.Ходанич сопротивление терморезистора при температуре контролируемой среды; сонротивление терморезистора, дополнительно нагретого током; минимальное сопротивление нагретого током терморезистора, ток дополнительного нагрева терморезистора; коэффициент рассеяния тепла нагретым терморезистором; поверхность охлаждения терморезистора.